Устройство для контроля толщины кристаллических пластин в процессе доводки

Устройство для контроля толщины кристаллических пластин в процессе доводки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для контроля толщины кристаллических пластин интерференционно-поляризационного фильтра в процессе доводки. Цель изобретения - повышение точности контроля путем увеличения светосилы монохроматора при сохранении монохроматичности излучения. Источник 1 сплошного излучения освещает входную щель 3 монохроматора. Объектив 4 формирует параллельный пучок лучей, падающий на интерференционно-поляризационный фильтр 5, выполненный в виде двух поляризаторов и размещенных между ними эталонных кристаллических пластин одинаковой толщины, вырезанных из одного материала, количество M которых и толщина D каждой из них определены из требуемых характеристик монохроматора. Диспергирующий элемент 6 разлагает излучение на монохроматические составляющие. Линейно поляризованный свет, попавший на контролируемую пластину, разбивается на обыкновенный и необыкновенный пучки, между колебаниями которых возникает разность кода. Компенсатор 11 представляет собой две плоскопараллельные пластины из кристаллического кварца равной или очень близкой толщины, заключенные в оправу, наклоняющуюся вокруг горизонтальной оси. Четвертьволновая фазовая пластина 15 вращается с частотой ω и модулирует пучки излучения. После анализатора 17 оба пучка интерферируют. Выходной объект 18 фокусирует световой поток на фотоприемнике 19. При дополнении компенсатором 11 замеренной дробной части оптической разности хода в контролируемой пластине 31 до значения 0,25 λ<SB POS="POST">0</SB> или 0,75 λ<SB POS="POST">0</SB> свет, выходящий из компенсатора 11, поляризован по кругу. Показание предварительно отградуированного индикатора дает возможность определить дробную часть оптической разности хода лучей в контролируемой пластине 31 и, следовательно, ее избыток толщины. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSU ÄÄ1479823 (51)4 С 01 В 11 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ.

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К д ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 813133 (21) 4293716/24- 28 (22) 28.08.87 (46) 15,05.89, Бюл. № 18 (72) Б,В. Кузнецов (53) 53 1.717.1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 813133, кл. G 01 В 11/06, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОЛЩИНЫ

КРИТИЧЕСКИХ ПЛАСТИН В ПРОЦЕССЕ ДОВОДКИ (57) Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для контроля толщины кристаллических пластин интерференционно-поляризационного фильтра в процессе пенсатор 11 представляет собой две плоскопараллельные пластины из крис» таллического кварца равной или очень близкой толщины, заключенные в оправку, наклоняющуюся вокруг горизонтальной оси. Четвертьволновая фазовая пластина 15 вращается с частотой и модулирует пучки излучения. После анализатора 17 .оба пучка интерферируют. Выходной объект 18 фокусирует световой поток на фотоприемнике 19.

При дополнении компенсатором 11 замеренной дробной части оптической разности хода в контролируемой пластине 31 до значения 0,25,1, или

0,75 Ао свет, выходящий из компенсатора 11, полярнзован по кругу, Показание предварительно отградуированного индикатора дает возможность определить дробную часть оптической разности хода лучей в контролируемой пластине 3 1 и, следовательно, ее избыток толщины. 3 ил.

1479823 доводки, Цель изобретения — повышение точности контроля путем увеличения светосилы монохроматора при сохранении монохроматичности излучения. Источник 1 сплошного излучения освещает входную щель 3 монохроматора. Объектив 4 формирует параллельный пучок лучей, падающий на интерференционнополяризационный фильтр 5, выполненный в виде двух поляризаторов и размещенных между ними эталонных кристаллических пластин одинаковой толщины, вырезанных из одного материала, количество m которых и толщина d каждой их них определены из требуемых . характеристик монохроматора. Диспергирующий элемент 6 разлагает излучение на монохроматические составляющие, Линейно поляризованный свет, по- павший на контролируемую пластину, разбивается на обыкновенный и необыкновенный пучки, между колебаниями которых возникает разность кода. Ком1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля толщины кристаллических пластин интерференционнополяризационного фильтра (ИПФ) в процессе доводки.

Цель изобретения — повышение точности контроля путем увеличения светосилы монохроматора при сохранении монохроматичности излучения.

На фиг, 1 изображена принципиальная схема устройства для контроля толщины кристаллических пластин в часток 15 процессе доводки; на фиг. 2 — участок спектральной характеристики пропускания ИПФ; на фиг. 3 — освещенная ис.— точником света входная щель монохро-. матора в фокальной плоскости выходного объектива при бесконечно уз кой входной щели (За) и при конечной ши(Зб), рине входной щели монохроматора (3 ) .

Устройство содержит последовательо уста ов е н е и оптическ св ; ные источник 1 сплошного излучения, осветительную систему 2, входную щ ель,3 монохроматора, входной объектив 4, ИПФ 5, диспергирующий злемент 6, выходной объектив 7, выходную щель 8 монохроматора, входной объектив 9 поляризационного двухлучевого интерферометра, поляризатор 10, компенсатор 11, помещенный в термостат 12 с защитными окнами 13 и 14, четвертьволновую фазовую пластину 15, установленную с возможностью вращения с постоянной частотой ы от электродвигателя 16, анализатор 17 и выходной объектив 18 поляризационного двухлучевого интерферометра, фотоприемник 19, селективный усилитель

20 первого канала двухканального регистрирующего блока, настроенный на частоту 2, фазометр 21, селективный усилитель 22 второго канала двухканального регистрирующего блока, настроенный на частоту 4ы, синхронный детектор 23, диск 24 генератора опорного напряжения с двумя отверстиями 26, расположенными по окружности через 90 и смещенными по радиусу диска 24 относительно отверстий 25, лампы 27 и 28 накаливания и фотоприемники 29 и 30.

Источник 1 сплошного излучения представляет собой ленточную вольф1479823

2ФС(= 2О; G

Спектральный состав i-й полосы изобизображения определяется спектральной 30 шириной 2сРЛ.полосы пропускания ИПФ (фиг. 2) .

Аналогично угловой интервал ; межмежду максимумами i-й и (i+1) — и полос изображения определяется формулой: (2) d, = bh.С.. где ЬЛ. — спектральный интервал между 40 двумя соседними полосами изображения, определяемый областью дисперсии фильтра

4Л;

G . — средняя угловая дисперсия 45

1 диспергирующего элемента в интервале д Л;.

Угловой интервал между внутренними краями соседних полос изображения

Ь,.С,— сРЛ. С,— сРЛ,, Ä G; „(3) или р,= d,— (А(;+ ФЫ,„) . (4) 55

Если выходная щель имеет конечную угловую ширину ц (фиг. 1), то полосы изображения входной щели. 3 фокальной плоскости выходного объектива 7 яврамовую лампу с окнами из увиолевого стекла типа СИ-8-20ОУ.

ИПФ 5 выполнен в виде двух поляризаторов и размещенных между ними эталонных кристаллических пластин одинаковой толщины, вырезанных из одного материала, при этом количество пластин m и толщины каждой отдельной пластины d определяются из следующих соображений.

Допустим, что входная щель 3 имеет бесконечно малую ширину, т.е. q =0 где ц - телесный угол, под которым видна входная щель 3 из центра вход- 15 ного объектива 4.

Входная щель 3, освещенная источником 1 излучения, изображается в фокальной плоскости выходного объектива 7 в виде ряда полос (фиг. За), 20

Угловая ширина i-й полосы изображения

20Ð g. равна произведению спектральной

1 ширины полосы изображения 2 УЛ íà угловую,дисперсию G; диспергирующего элемента 6 в области Л. т.е. (5) ,=ц 2сРЛ, G,.

Определив величину угловой дисперсиии G дис пер гирующе го эл еме н та 6, при которой кваэимонохроматические изображения входной щели 3 в фокальной плоскости выходного объектива 7 не перенакладываются, и найдя соответствующее значение линейной дисперсии монохроматора

fG (6)

4Л;-2 A

D., находят ширину полос изображения бесконечно узкой входной щели 3 (фиг. За) 2с Л; 1

2#1 = 2 Р h D = --- —, - — (7) и Л. -2 РЛ; расстояние между центрами полос изображения (фиг ° Зб) 4h;1.

41 = Ьh.D (8)

4Л;-2 гЛ,.

) ширину 1 входной щели 3, при которой полосы изображения еще видны раздельно при увеличении оптической системы, равном 1

1 (4 — 2 1 (9) При входной щели шириной 1 ширина полосы изображения увеличивается до значения 2d 1 -- 41, сохраняя прежний спектральный состав, равный 2 ЮЛ., Выходная щель 8.шириной 1 выделяет световой поток с монохроматичностью

2 д Л;. Если не использовать ИПФ, то

l для получения светового потока такой же монохроматичности необходимо ляются более широкими. По мере увеличения ц угловые интервалы между ближайшими краями соседних полос изображения уменьшаются, причем для различных полос в различной степени в зависимости от дЛ., РЛ., d Ë . и дисперсии G; в данной области спектра.

Если 4< Ь;, входная щель 3 изображается в фокальной плоскости выходного объектива 7 в виде ряда отдельных квазимонохроматических полос изображения с угловой шириной . (при этом угловое увеличение системы для монохроматических излучений равно 1) °

Величина ц больше и определяется

I приближенной формулой

1479823

27( (n+2)

2 ((Так как если ш — четное число; где дИ--) > (11) Л;

Л (1 - —

Mi дМ.—

p. d если m — нечет(m+1) (m+3) 15

Л, дМ-i

Рл ЗЛ („2)

1,45 Л ., (1m ° d

М = (m/2,9) т = 29 ГНЯ (13) где М вЂ” заданное увеличение светосилы мо«охроматора, Из выражения (12) при Л,= Л,, р;= ((, и 2 ФЛ = КЛ, где сРЛ - монохроматичность излучения при контроле, получают значение толщины каждой отдельной пластины

Плоскости поляризации поляризатора 10 и анализатора 17 поляризационного двухлучевого интерферометра взаимно параллельны и составляют уг45 лы 45 с главными сечения контролируемой кристаллической пластины 31 и пластин компенсатора 11.

Устройство работает следующим образом. б0; Источник 1 сплошного излучения через осветительную систему 2 освещает входную щель 3 монохроматора.

Входной объектив 4 формирует парал— лельный пучок лучей, падающий на ИПФ

5. Диспергирующий элемент 6 отклоняеч лучи от первоначального положения «а угол 8 (для некоторой длины волны Л ) и разлагает излучение «а монохрома— тические составляющие. (15) входную и выходную щели выполнять шириной 2d 1.

Таким образом, введение ИПФ дает возможность увеличить световой поток на выходе монохроматора (беэ учета пропускания ИПФ) в M раз, где

М = (Ь1/2 1) = (л Л (/2 А ), (10) то выражение (10) можно преобразовать к виду

С учетом пропускания ИПФ увеличение светосилы монохроматора M = л

= М x2,„Ф, где (, д„ - коэффициент пропускания ИПФ.

Следовательно, количество эталонных пластин

2,9 P (1 — -- --)

Л.,аио р. ал

Й (14) (Л„т . Р, Светосила монохроматора по потоку прямо пропорциональна квадрату ширины щели (входной и выходной) . Следовательно, увеличение светосилы монохроматора

К = (— ), где 1 и 1 — ширина щели

1 (1( монохроматора при наличии ИПФ и без него, соответственно.

< И

В то же время 1 = — — —, где

d a/d1

dh/d1 — обратная линейная дисперсия монохроматора.

Значение ширины входной и выходной щелей монохроматора

1 = 4М/с „, .гЛ„(ал/ и) .

Углы между главными сечениями эталонных пластин и главным направлением поляризаторов ИПФ определяются из соотношений

w = w +n3. при п — + 1; и 2 ш

w +(m-n+2) Ы при n) — + 1

Ф

2 ное число; п — порядковый номер пластины.

Диспергирующим элементом б является призма или дифракционная решетка. Компенсатор 11 представляет собой две плоскопараллельные пластины (не показаны) из кристаллического кварца равной или очень близкой толщины, заключенные в оправку, наклоняющуюся

25 вокруг Горизонтальной оси ° Пластины компенсатора вырезаны параллельно кристаллической оси Z, ориентированы друг относительно друга так, что их главные сечения взаимно перпенцикулярны„ и закреплены в оправке так, что главное сечение одной из пластин параллельно о("и вращения оправки, т.е. горизонтально ° В этом случае увеличение угла наклона компен35 сатора соответствует увеличению вводимой им оптической разности хода.

Угол наклона компенсатора контролируется индикатором часового типа (не показан).

7 1479823 8 х cos4et)., (16)

2й (m „+ у.„g„); о

I — максимальная интенсивность светового пОтока;

m < — целая оптическая Разность 45 хода интерферирующих лучей в контролируемой кристаллической пластине; у.пи „- дробная часть оптической разности хода интерфериру 50 ющих лучей в контролируемой пластине и компенсаторе соответственно; — длина волны.

Первоначально компенсатором 11

55 дополняют дробную часть оптической разности хода интерферирующих лучей в контролируемой пластине 31 до значения О, 25 Л о или О, 75Л,, при коНа выходной объектив 7 монохроматора направляется веер параллельных пучков различных длин волн. Последние фокусируются объективом 7 на его фокальной поверхности, совпадающей с плоскостью выходной щели 8 монохроматора.

Входной объектив 9 поляризационного двухлучевого интерферометра фор- 10 мирует параллельный пучок лучей монохроматического излучения, падающий на поляризатор 10. Линейно поляризованный поляризатором 10 свет, попавший на двухлучепреломляющую . кристаллическую пластину 31 разбивается на два луча — обыкновенный и необыкновенный, которые распространяются в пластине в одном и том же направлении, но с разными скорос- 20 тями. Между колебаниями обоих лучей возникает разность хода. Проходя . через компенсатор 11, колебания обыкновенного и необыкновенного лучей приобретают дополнительную разность 25 . хода. Вращающаяся четвертьволновая фазовая пластина 15 осуществляет модуляцию этих колебаний. После анализатора 17 оба луча интерферируют меж ду собой. Выходной объектив 18 поляризационного двухлучевого интерферометра фокусирует световой поток на фотоприемник 19.

Световой поток, падающий на фотоприемник 19, определяется из выраже35 ния

Iîo 1 1

I = -- (l + — cos d sin2vt + — cos d i

2 2 2

О 25 Ло — x о

l (17) где 1А,— показатель двойного лучепреломления материала контролируемой пластины 31 на длине волны контроля Л,.

Если в результате дополнения компенсаторов интерферирующих лучей в контролируемой пластине 3 1 получают излучение, поляризованное по правому кругу, то избыток толщины пластины 31 определяют по формуле, 0,75 Ло к

Кс1 (l8) о 90

Излучение, поляризованное по правому кругу, отличают от излучения поляризованного по левому кругу, путем регистрации фазометром 21 фазы составляющей электрического сигнала с частотой 2ы, так как для электрических сигналов, соответствующих этим двум излучениям, существует сдвиг по фазе, равный 180 .

Введение в устройство ИПФ позволяет при сохранении требуемой монохроматичности излучения в УФ-области спектра (Л,= 2937 А) в 15 раэ увеличить размеры входной и выходной щелей монохроматора.

Светосила монохроматора в предлагаемом устройстве по сравнению с проторых свет, выходящий из компенсатора

11, поляризован по кругу.

Критерием этого является отсутствие составляющей сигнала с частотой

4ш, регистрируемой синхронным детектором 23. При этом показания индикатора часового типа на компенсаторе

11, предварительно отградуированного, дает возможность определить дробную часть оптической разности хода интерферирующих лучей в контролируемой пластине 31. Градуировка компенсатора 11 производится на этой же установке при отсутствии контролируемой пластины 31. Определяется разность отсчетов индикатора часового типа и между двумя соседними положениями компенсатора l1 соответствующим

0 25,Лî H = 0»74Ло °

Если в результате дополнения компенсатором 11 в контролируемой пластине 31 получается излучение, поляризованное по левому кругу, то избыток толщины контролируемой пластины 31 на данном этапе доводки определяют по формуле

23

m

w=w +nd прип — +1 (И-т

20 п1 = 2,9 (14/ 9 „ф

/ 9 N -т

7Ао ал

2,9 д, (1

d— Л ш, y(о

Составитель С. Грачев

Техред Т. Бугренкова

Корректор M.Ходанич

Редактор Л. Пчолинская

Заказ 2534/47

Тираж 684

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский .комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

9 14798 тотипом увеличивается в 100 раз (с учетом пропускания ИПФ, равного 0,45).

Формула из о брет ения

Устройство для контроля толщины кристаллических пластин в процессе доводки по авт.св. ¹ 813133, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено интерференционно-поляризационным фильтром, установленным в монохроматоре перед диспергирую щим элементом и выполненным в виде двух поляризаторов и размещенных между ними эталонных кристаллических пластин одинаковой толщины, вырезанных из одного материала, количество

m которых и толщина d каждой из них определены из соотношений где М вЂ” заданное увеличение светосилы монохромера; л „(„ - коэффициент пропускания ин30 терференционно-поляризационного фильтра;

Л„ — длина волны излучения при контроле;

72, — показатель двойного лучепреломления материала кристаллических пластин;

Ид — заданная монохроматичность излучения, при этом углы w „ между главными сечениями пластин и главным направлением поляризаторов определяются из соотношений

w„= w „„+ (m-n+2) c(при n) — + 1, 2

2 (( —.— — —.— при m — четное число (m+2) 2

2 0 г (ш+1)(ш+3) ри т — нечетное число;

n — порядковый номер пластины, а ширина входной и выходной щелей монохроматора (Ф И11 42„(42/41), где с7й/dl — обратная линейная дисперсия монохроматора.